热冲压成形零件质量控制因素分析娄海华

热冲压成形零件质量控制因素分析娄海华

娄海华

精诚工科汽车系统有限公司保定徐水精工冲焊分公司河北省保定市072550

摘要：热冲压成形具有成形能力高，零件回弹小，成形零件强度级别高的优点。然而，热冲压技术与冷冲压成形技术相比，不仅包含了板料塑性成形相关内容，更包含传热及热处理的相关知识，零件成形温度的不均匀将导致零件各部位强度的不均，从而影响零件质量。因此，热冲压成形零件的最终质量将直接受到冲压模具设计、冲压过程工艺及其参数的影响。基于热冲压零件的质量控制形式的特殊性，在实践过程中必须对其引起重视，掌握热冲压零件的形状及尺寸精度高。热冲压的形成过程比较复杂，需要根据实际情况，选择有效的处理方式，适应质量控制的要求。

关键词：热冲压技术；零部件；质量控制

一、热冲压成形工艺流程及应用

超高强度钢板的热冲压成形是将含硼（B）板料加热到900℃以上并保温一段时间，使板料奥氏体化，然后快速移动到模具内进行成形、冷却，得到马氏体组织，从而提高制件的强度。在整个生产过程中，在该技术方法的影响下，超高强度钢板成型过程得到简化，并且部件组织强度水平更高。在生产过程中，超高强度钢板的热冲压形成过程为：落料→加热至奥氏体状态→放入模具冲压成型→保持模具外形稳定→激光切割孔和边→处理钢板氧化皮、涂油（无涂层产品）等常规处理。在生产过程中会发现，板料在加热至奥氏体化温度后，所采取的保温措施有效保证了原材料组织的稳定性，避免出现了组织成分不均匀现象;在将板料工件放入热冲压模具后对其进行降温保压，该过程中的成型温度明显高于马氏体转变温度，只有这样，才能保证制件成型后具有良好的塑性。而在冲压阶段过程中，需要对原材料进行必要的淬火处理，使零件不仅具有良好的精度性，还具有高强度特征。当前，可生产热冲压用钢板的企业较少，主要集中在西方国家，我国宝钢公司也是具有生产资质的企业之一。而在技术应用中，该钢板早已被应用在汽车生产中，整体结构如图1所示汽车结构中的A柱、B柱、保险杠等部件都是由该钢板构成。

二、热冲压成形零件质量影响因素

由于模具结构本身存在一定的差异性，其影响因素比较多，包括设备性能、模具结构及加工精度等，在实践过程中必须对材料成分、冲压产品结构等有一定的了解，合理选择相关的模具。最后要特别注意与传热及热处理相关的模具和热冲压工艺参数两个方面的因素。

（一）模具设计

由于超高强度的钢板在热冲压过程中要经过奥氏体化温度以上再降到室温这一复杂的温度变化。模具在对板料的成形结构有一定的要求，材料的选择、结构设计形式等都需要符合具体控制标准，适应构件性能的整体性需求。

（1）模具的选择

由于结构材料和设计形式对工具的选择而有一定的影响，需要根据模具形式的要求，满足结构钢性和表面硬度的要求，合理选择材料。此外要求成形模具具有足够的结构刚性、表面硬度与疲劳寿命，模具材料选择不当将导致模具开裂等问题，影响冲压质量。

（2）模具冷却系统的设计

根据热冲压模具形式的要求，在后续干预过程中必须满足零件控制结构的要求，根据模具整体形势的要求，确定温度。如果不及时对模具进行降温处理，则无法达到理想的组织性能，进而出现零件功能不足的情况，因此在实践过程中需要满足生产的要求，根据设计系统的要求，满足热冲压模具设置的发展趋势，适应系统设计。（二）热冲压工艺参数

在对钢板进行热冲压时，钢板加热过程中板料温度会随着时间的不断推移而产生变化，板料通过合适的加热速率加热到奥氏体温度状态。在奥氏体温度状态下可以保持一段时间正常温度，之后在模具中成型、在模具中降温，当成型结束之后在模具中通过保压淬火的方式进行处理。

（1）奥氏体温度

在热冲压的全过程中，都是要先对板料进行加热的，将板料加热到奥氏体状态下某温度后再放入到模具中成型，所以奥氏体温度状态下温度高低会对最终模具成型温度产生巨大的影响。通常情况下，可以将金属热变形理论当成最为基础的理论来使用，如果成型温度过高，则金属原子动能也会随之增加，这种情况下很容易出现再结晶问题。如果在实际工作中产生再结晶，可以降低材料硬化几率与金属抗形变能力，全面提升金属材料的塑性。

（2）保温时间

通过各种保温处理的方式来保证材料始终具有较为均匀的组织性能，才能保证最终零件的质量。一旦因为各种内部因素和外部因素的影响导致材料保温时间不达标，很容易使材料内部晶体大小不一，影响后期成型。这种模式下即便是淬火，马氏体组织也很难均匀，并且会对热冲压均匀性产生影响，导致零件质量不达标。

（3）冷却速度

在冷却工序中，工作人员要掌握热冲压的作用原理，然后明确淬火的目的，让钢板在形状改变的过程中，可以在较短的时间内冷却。这个工序能够获取高强度的钢构件。但是如果没有严格按照模具规范，或是介质的不同，都可能降低该反应发生的效率。

结语：随着汽车市场竞争的日益激烈，汽车生产厂家通过严把各个方面质量关来提高整体产品质量以提高其自身竞争力。而采用热冲压成形技术进行零部件生产是整车轻量化制造过程的重要组成部分，热冲压件的质量好坏影响整车的强度及车身装配尺寸精度等。

参考文献：

[1]蔡玉广，李奇涵.超高强度钢板热冲压成形CAE技术的研究现状与发展趋势[J].锻压技术，2016，04：09-13.

[2]张立强，刘婷，郑文慧，胡豪，仲志刚.基于Dynaform的22MnB5高强度钢热冲压仿真[J].锻压技术，2015，08：34-40.